建筑工程大体积混凝土温控措施及施工技术的探讨*

王习辉 王 涛

(青岛金沙滩建设集团有限公司 山东 青岛 266520)

笔者提到的工程项目为一48 m 的高层住宅建筑,该建筑物含有地上18层,地下2层,以剪力墙作为结构形式。工程中,对于基础垫层、筏板基础、圈梁、构造柱、墙柱这几部分,都需使用混凝土完成施工,所用混凝土的体积较大,容易因温度控制不佳,而引发各种裂缝问题,需予以控制,确保混凝土内外温差不超过25 ℃,保障工程质量,适当延长工程使用寿命。

1 大体积混凝土测温技术

大体积混凝土施工涉及到众多因素,如材料特性、施工环境、温度变化等。其中,温度是影响大体积混凝土质量的关键因素。在施工过程中,由于混凝土内部化学反应释放的热量和外界环境因素相互影响,混凝土温度会发生剧烈的变化[1]。如果温度变化超过混凝土所能承受的极限值(如内外温差超过25℃),就会导致混凝土产生裂缝、变形等问题,严重影响结构的安全性和稳定性。因此,应对大体积混凝土进行测温,掌握其温度变化情况,从而采取一定的温控措施。

1.1 测温的目的

为确保测温的有序进行,施工单位首先要明确测温的目的,制定专业化的测温目标,例如实时监测大体积混凝土的温度变化情况、了解混凝土内部温度分布情况、掌握温度变化规律等[2]。

1.2 测温点的布置

在大体积混凝土施工中,为了全面了解混凝土的温度变化情况,应遵循均匀、有代表性的原则布置测温点。具体而言,应考虑混凝土的形状、大小和施工环境等因素合理布置测温点。以混凝土形状为例,可依据如下信息进行布置:

(1)平面形状的混凝土:对于平面形状的混凝土,可根据其面积大小确定测温点的数量和位置。在面积较小的混凝土中,可在中心布置一个测温点;在面积较大的混凝土中,可根据需要设置多个测温点,以监测不同位置的温度变化。

(2)圆筒形混凝土:在筒壁和底部设置测温点。在筒壁上,根据高度和周长设置多个测温点;在底部上,设置一个或多个测温点,以监测底部温度的变化。

(3)大体积混凝土:对于大体积混凝土,由于其体积较大,热传导缓慢,需设置更多的测温点来监测温度变化[3]。

以笔者提到的高层住宅楼建筑为例,施工人员在各平面位置设置1组测温组,一组包括3个测温点,分别位于上、下、中部,以基坑外形、应力集中部位为依据考虑平面测温点的位置,最终得到的混凝土应力、稳定温度与开裂时间的关系如图1所示,该图的数据可为混凝土温度控制提供依据。

图1 混凝土应力、稳定温度与开裂时间的关系

图3 混凝土温度变化曲线

1.3 测温技术

本次工程的测温频次如表1所示。

表1 测温频次

目前常用的测温技术有电阻式温度计、热电偶、红外线测温仪等。这些技术各有优缺点,应结合实际情况,选择合适的测温技术。

(1)电阻式温度计:该温度计利用导体电阻随温度变化的原理制成,具有测量精度高、稳定性好等优点。电阻式温度计需要在浇筑混凝土前预埋,且需要在浇筑后及时进行校准和调整。

(2)热电偶:利用热电效应原理制成。该方法具有测量范围广、精度高等优点,需要在浇筑混凝土前埋入预埋件中,且需要使用补偿导线进行信号传输。

(3)红外线测温仪:利用红外线辐射原理制成,具有测量速度快、非接触式测量等优点,但易受环境温度和湿度的影响,需定期进行校准和保养。

2 建筑工程大体积混凝土温控措施及施工技术

2.1 优选原材料

在建筑工程中,大体积混凝土的温控措施,首先应从原材料的选择入手。原材料的质量直接影响着混凝土的硬化过程和最终性能,因此选择优质的原材料是至关重要的。具体如下:

(1)水泥:在大体积混凝土中,应优先选用低水化热的水泥,如粉煤灰水泥、矿渣水泥等。这些水泥在硬化过程中释放的热量较少,可以有效降低混凝土内部的温度,减少裂缝产生的可能性。水泥品种及用量对比如表2所示。

表2 水泥品种及用量对比

(2)骨料:骨料是大体积混凝土中的主要组成部分,其质量对混凝土的性能也有着重要影响。应选择级配良好、含泥量低的骨料,以提高混凝土的抗裂性能。同时,骨料的粒径和比例应根据施工需要进行合理配置,以满足设计要求。本工程选用了粒径5～40 mm,含泥量＜1%,针状和片状颗粒＜15%的卵石,细骨料粒径＞0.5 mm,含泥量＜3%,细砂含泥量＜2%。

(3)外加剂:为了改善混凝土的性能,有时需添加一些外加剂,如缓凝剂、减水剂等[4]。这些外加剂可调节混凝土的硬化速度,降低水化热,提高混凝土的抗裂性能。在使用外加剂时,应严格按照设计要求和控制配比进行添加。

通过合理选择原材料,可有效地改善大体积混凝土的性能,降低温度变化对混凝土的影响,从而减少裂缝的产生。

2.2 降低混凝土进出仓和入模温度

通过降低混凝土进出仓和入模温度,可有效减小内外温差,防止裂缝的产生。

2.2.1 合理安排混凝土运输和浇筑时间

在施工过程中,应尽量避免在高温天气下进行混凝土的运输和浇筑。同时,应合理安排运输和浇筑时间,尽量缩短混凝土在仓内停留的时间,加快浇筑速度,以减少温度升高对混凝土质量的影响。

2.2.2 加冰、加冷水

在混凝土搅拌过程中,可加入冰块或冷水来降低混凝土的温度。同时,在运输和浇筑过程中,可采取喷雾等方式对混凝土进行降温处理,以减小温度升高对混凝土的影响。

2.2.3 预冷骨料和水泥

通过预冷骨料和水泥,可有效降低混凝土的温度。在浇筑前,可对骨料进行冷却处理,或者在水泥中加入冰块进行降温。这样可以降低混凝土的入模温度,减小内外温差,防止裂缝的产生。

2.2.4 控制模板温度

模板的温度对混凝土的温度也有一定影响。在浇筑过程中,应控制模板的温度在一定范围内,避免因模板温度过高或过低而影响混凝土的温度变化。

2.3 安装冷却水管

本工程方案中,施工人员沿水平方向布置冷却水管网,各水管间距1 m,共设置4层,4层间各相邻进水口与出水口交错排布,与承台上主筋错开。

2.4 制定合理的浇筑方案

在浇筑前,应充分了解混凝土的特性和施工环境,选择合适的浇筑时间、浇筑方式和浇筑顺序。图2所示为本工程混凝土温度变化曲线,可为浇筑方案的制定提供依据:

2.4.1 浇筑时间

大体积混凝土的浇筑时间应避开高温、降雨等不利天气,尽量选择在温度较低的早晨或傍晚进行。同时,应避免混凝土在初凝前受到振动影响,确保混凝土的均匀性和密实性。

2.4.2 浇筑方式

大体积混凝土的浇筑可采用全面分层法、斜面分层法或分段分层法等方式,根据混凝土的厚度、面积等参数,选择合适的浇筑方式,以确保混凝土的施工质量。对于全面分层法,应在第一层浇筑完毕,混凝土初凝前浇筑第二层,施工时沿边长逐层进行浇筑;对于斜面分层法,应从浇筑层下端开始浇筑,一般更适用于基础长度超过厚度三倍的情况;对于分段分层法,应在浇筑一段距离后开始浇筑第二层,依次向前浇筑,适用于混凝土面积、长度较大的情况。

2.4.3 浇筑顺序

在浇筑过程中,应按照一定的顺序进行浇筑,以避免混凝土出现离析、泌水等问题。一般而言,应先浇筑深层部分,再浇筑浅层部分,同时应按照一定的方向进行浇筑,避免遗漏或重复浇筑。

2.4.4 振捣在浇筑过程中,应加强振捣工作,提升混凝土的密实度。振捣时,应根据混凝土的厚度和振捣器的类型,选择合适的振捣方式和振捣时间,避免出现过振或漏振的情况。

2.4.5 施工缝处理

在浇筑过程中,可能会因施工需要或施工难度等原因,需要设置施工缝。对于施工缝的处理,应严格遵守相关规范和设计要求,确保施工缝的质量符合要求。

2.4.6 监测与控制

在施工过程中,应对大体积混凝土的温度、湿度、变形等进行监测与控制。通过分析实时监测数据,及时发现和处理问题,确保大体积混凝土的施工质量符合要求。

2.5 制利用混凝土的后期强度

本工程的试验表明,当单位体积混凝土内部水泥用量出现10 kg的变化时,混凝土温度会有1℃的变化,这一现象的出现与水化热有关。因此,为将混凝土的温度变化控制在允许范围内,一般应将混凝土设计强度从f28转变为f45、f60或f90。

3 结语

总之,大体积混凝土温控施工,是建筑工程施工中的重要环节。通过优选原材料、降低混凝土温度、制定合理的浇筑方案、采取温控养护措施,可以有效解决大体积混凝土中存在的温度裂缝等问题,提高混凝土的耐久性和稳定性。在实际施工中,应充分考虑混凝土的特性和施工环境,选择合适的措施,并进行科学合理的施工组织和管理。